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基因工程的分子生物学基础 翁炜宁 绪论 DNA分子的复制 一、DNA合成的化学基础 DNA合成需要两个关键的底物： 脱氧核苷三磷酸,即dGTP、dCTP、dATP、dTTP。 引物-模板接头，具有特定排列的DNA链，模板提供所有互补脱氧核苷酸添加的单链DNA。引物是与模板互补但比模板短的一小段序列。 二、DNA合成所需的酶 DNA聚合酶（DNA polymerase）：催化DNA的合成。 DNA解旋酶（DNA helicases）：催化双链DNA两条链的分离。 拓扑异构酶：解除双链超螺旋的积累。 引物酶（primase）：在特定位点合成RNA引物为DNA聚合酶提供3’-OH。 RNA酶H（Rnase H）：除去起始合成的RNA引物。 DNA连接酶（DNA ligase）：修复3’-OH与5’磷酸基之间形成的裂缝。 三、DNA复制过程 复制的一般特点： 1.DNA分子的复制是从特定位点开始并按特定的方向进行 2.DNA分子的半保留复制 RNA的转录和加工 一般来说，DNA分子所储存的蛋白质遗传信息，必须转变成信使RNA分子（messenger RNA，mRNA）才能到达蛋白质合成的工厂，即核糖体。然后，蛋白质合成酶系才能把mRNA所带来的信息翻译成蛋白质。在合成蛋白质过程中，还需要能携带氨基酸的转运RNA（transfer RNA，tRNA）和构成核糖体的核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）。这三类RNA都必须以DNA为模板，在依赖于DNA的RNA聚合酶催化下合成。 一、转录机制与复制的区别 1.RNA聚合酶是催化RNA合成的酶，它不需要引物，能从零起始转录 2.RNA产物不与模板DNA链的碱基保持互补状态。 3.转录的精确度不如复制。 二、RNA的种类和结构 1.mRNA：把DNA模板链上的碱基序列，转录为RNA分子上的碱基序列，再从mRNA上的碱基序列获得氨基酸的序列合成蛋白质 2.rRNA：核糖体是合成蛋白质的场所，由rRNA和具有各种功能的大量蛋白质组成。真核生物是由5.8S rRNA、18S rRNA和28S rRNA三种所组成。 3.tRNA：传递氨基酸的RNA，富含稀有碱基，成熟的tRNA常常形成三叶草结构。 三、RNA的转录周期 为了转录一个基因，RNA聚合酶要进行一系列明确的步骤，这些步骤分为3个阶段：起始（initiation）、延伸（elongation）和终止（termination）。 转录的终止需要一个信号，这个信号就是一个叫做转录终止区或终止子的DNA序列。原核生物终止方式：依赖蛋白辅助因子ρ才能实现转录终止的终止子，即ρ依赖性终止子。 不依赖ρ因子的终止方式是在离RNA末端上游15-20个核苷酸处有一段富含G≡C的碱基对序列可以形成对折互补序列，形成发夹环结构破坏延伸复合体引起终止。 四、RNA转录后加工 真核细胞中绝大多数为蛋白质编码的DNA序列是不连续的，是一个嵌合体。整个基因序列由一段编码区组成，他们被另外一段非编码区分隔开来。编码区称为外显子（exon），它们之间的非编码区称为内含子（intron）。 翻译—蛋白质的生物合成 一、遗传密码 遗传密码的特性 1.遗传密码的通用性 2.遗传密码的简并性 3.遗传密码的偏倚性 二、参与蛋白质生物合成的生物大分子及其功能 1.转移RNA tRNA担当密码子及其所指定的氨基酸之间的转配器。反密码子就是在tRNA上的，能与mRNA上的密码子相互补的一个三个核苷酸序列，处于反密码子环上。 2.信使RNA mRNA是蛋白质生物合成中遗传信息的携带者，通过转录及转录后修饰和加工产生成熟的mRNA。 真核细胞总是使用5’-AUG-3’作为起始密码子。通过固定第一个密码子的位置，起始密码子决定了后续密码的位置。终止密码子决定了翻译的重点并发出终止多肽合成的信号。 3.核糖体 核糖体（ribosome）是指导蛋白质合成的大分子机器。 核糖体由特定RNA和蛋白质组成大、小亚基两个部件的大复合体。大亚基含有肽酰转移中心，催化肽键形成。小亚基含有解码中心，负载氨基酸的tRNA在此阅读或“解码”mRNA的密码子。原核生物核糖体称为70S核糖体，真核生物核糖体称为80S核糖体。 三、蛋白质生物合成的过程 1.形成起始复合体 2.多肽链合成的延伸 （1）氨酰tRNA与核糖体结合 （2）肽键形成 （3）易位 3.多肽链合成的终止 蛋白质合成的终止需要两个条件：一个终止密码子—多肽链延伸停止的信号；另一个是蛋白释放因子RF—解读终止信号。 谢谢 * * 1958年，Crick提出并在1971年进行了完善的遗传信息传递的中心法则（central do